數字化智能變電站繼電保護研究

摘要：隨著電力技術的發展，為實現電力流、信息流、業務流三流合一，數字化智能變電站建設已成為當今電網建設的重點。文章分析了數字變電站的結構，在此基礎上研究了數字變電站對繼電保護工作的新要求，提出了繼電保護測試工作的改進措施。

關鍵詞：數字化智能變電站；繼電保護；電網自動化

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）33-0036-03

我國從2006年建成第一座數字化變電站至今已有六年時間，在實際運行中，數字化變電站突顯出節約土地和電纜，使內部監控網模塊化、規范化，高效、穩定等諸多優點，為實現電力生產現代化提供了及時科學的網絡信息和決策依據，對我國變電站的運行管理產生了深遠影響。同時，智能變電站對繼電保護工作提出了很多新要求，之前一直沿用的二次回路將推出應用。基于此，文章分析了數字變電站的結構，在此基礎上研究了數字變電站對繼電保護工作提出了哪些新要求，并提出了繼電保護工作的改進措施。

1 數字化智能變電站結構分析

數字化變電站是以智能化一次設備和網絡化二次設備為數字化對象，以IEC61850通信規范為基礎，通過對數字化信息進行標準化，實現信息共享和互操作，并具有繼電保護、數據管理等功能的現代化變電站。數字化變電站從邏輯結構上可以分為三個層次，即過程層、間隔層、站控層，如圖1所示：

圖1 數字化變電站網架結構圖

1.1 過程層

過程層是智能化電氣設備的智能化部分，該層設備一般包括合并單元、智能終端和接口設備，其核心設備是交換機，上面連接間隔層的LED設備，下邊連接過程層的智能借口和合升器，因而其主要作用是將一次設備與二次設備結合，并具備以下三項功能：第一，檢測電力運行的實時電氣量，檢測內容主要有電流、電壓幅值、相位、諧波分量，并由交換機和網絡傳送模擬量和開關量，以網絡交互式傳遞信息；第二，監測運行設備的狀態參數，主要是監測變壓器、隔離開關、斷路器、母線、電抗器、電容器、直流電源系統等設備的壓力、溫度、絕緣、工作狀態等；第三，執行和驅動操作控制，包括變壓器分接頭調節控制，電容、電抗器投切控制，斷路器、隔離開關合分控制，直流電源充放電控制。

1.2 間隔層

間隔層設備包括保護裝置、智能測控裝置與接入其他智能設備的規約轉換設備等。間隔層通信網采用星型網絡架構，功能主要有：對一次設備進行保護和控制；采集匯總本間隔過程層實時數據信息；推進本間隔操作閉鎖功能；對統計運算、數據采集及控制命令的發出具有優先級別的控制；開展操作同期及其他控制功能；實施承上啟下的通信

功能。

1.3 站控層

站控層的主要設備是主機、遠動裝置、規約轉換器、公用測控裝置、微機五防機等。其主要功能是：匯總全站實時數據信息，刷新數據庫；傳送信息至調度監控中心并接受其指令，轉向間隔層和過程層去執行；全站操作閉鎖控制；站內當地監控、人機聯系；對間隔層、過程層諸設備實現在線維護、在線組態和在線修改參數。

2 數字變電站對繼電保護工作的新要求

與傳統變電站相比，智能化變電站各保護裝置采用了統一的IEC61850通信規范、GOOSE通信機制、電子式互感器等關鍵技術，二次系統不再是以往的模擬量構建的回路，數字化、智能化、網絡化系統的應用使得繼電保護工作面臨新要求和新變化。

2.1 繼電保護人才需向復合型轉變

傳統繼電保護裝置是由物理接線連接的，工作方式是由測試人員使用測試儀輸出模擬信號到繼電保護裝置的模擬量輸入回路，同時也可以輸出開關量到保護裝置的開關量輸入回路，保護經過故障計算后滿足動作判據輸出跳閘命令，驅動出口繼電器。而數字化變電站由智能化一次設備和網絡化二次設備分層構建，一次設備采集信息后立即被轉換為數字量，通過光纜上傳到測控保護裝置。這就對工作人員的素質提出了更高要求，除了要熟悉繼電保護原理等專業技術外，還要求掌握IEC61850通信技術等。

2.2 繼電保護管理模式需要更新

由于智能電網具有高度智能化，原有管理模式跟不上節奏，已經暴露出很多問題，因此需要設計出符合這一新特點的管理模式。數字化變電站運行管理的內容更加復雜，例如數據信息分層、電力運行數據和狀態統計分析、分析處理故障、將定期檢修改為狀態檢修等。因而需要轉變管理思路，具有超前意識，結合智能電網和智能變電站建設的目標提前準備，積極應對，結合各變電站具體情況制定出適合自己的管理模式。

2.3 需采用數字化測試裝置完成檢測工作

在數字化變電站中，可以通過EVT和ECT直接將數字量信號輸出或者將數字量信號直接變為數字化開關量信號。保護裝置通過網絡采集電子互感器的數字量信號，還可采集智能操作單元的數字化開關量信號，并能對智能操作單元實現數字控制。數字化變電站繼電保護的特點決定了傳統的輸出電壓、電流等模擬信號量的繼電保護測試裝置無法完成對采集數字信號量的數字化保護裝置的測試工作，因而需要采用數字化測試裝置完成數字變電站繼電保護裝置的檢測工作。

3 數字化智能變電站繼電保護測試研究

3.1 構建數字化保護測試系統

數字化繼電保護裝置具有較高的測試需求，現有測試設備尚存在很多不足，需要進一步加強對測試技術的研究，以能夠進行數字化閉環測試。隨著變電站數字化建設的實現，基于IEC61850通信規范的繼電保護裝置測試技術首先應支持網絡通訊，符合IEC61850標準，具備保護、對外通信、信息輸入、記錄、顯示、打印以及能夠完成繼電保護裝置測試等強大功能。為提高變電站的可靠性和穩定性，對二次設備閉環系統測試進行研究是很有必要的，研究重點主要是IEC61850數字化變電站繼電保護裝置的閉環系統測試。

數字化保護測試系統以全數字仿真裝置為核心設備，使用PWF-2T光數據接口，既能將輸出的弱電壓信號轉換為標準報文并通過光纖傳送到待測數字繼電保護設備中，也能接收數字繼電保護設備發出的GOOSE動作信號并加以解析，將解析后的開關模擬量信號反饋到ADPSS，從而形成數字繼電保護裝置閉環測試系統。

3.2 站內繼電保護的測試檢驗

智能變電站中保護裝置的連接介質為光纖，信息傳遞采用網絡交互式，因而需采用新的測試方法，檢驗內容主要有：光纖以太網的性能測試：主要是測試光纖以太網通道的誤碼率和光收發器件功率，以驗證其是否正確可靠，測試儀器主要有網絡分析儀，網絡負載模擬器和網絡仿真分析軟件；跨間隔數據同步性測試：由于智能電網采用光數字電壓和電流信號的輸入方式，因而跨間隔數據同步性測試十分必要，主要是變壓器差動保護和母線差動保護數據同步性驗證；合并單元與智能單元性能測試，這一測試的主要目的是驗證合并單元能否正確發送數字信號，只有單元能上傳與接收報文，才能下達正確的控制命令對一次設備進行操作。

綜上，隨著數字化智能變電站的建設，繼電保護技術需進一步發展到綜合自動化水平。本文通過分析數字變電站的結構特點，簡單論述了繼電保護測試系統構建和站內繼電保護的測試檢驗，以期區別于傳統繼電保護裝置。

參考文獻

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[3] 黃偉平.數字化變電站繼電保護裝置測試技術分析[J].民營科技，2012，（1）.

作者簡介：唐榮泉（1985-），男，四川資中人，內江電業局監控中心值班長，助理工程師，研究方向：變電運行。

（責任編輯：王書柏）